Καρβίδιο του λιθίου

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση
Καρβίδιο του λιθίου
Lithium carbide.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Διλιθιο(+1)αιθίνιο
Άλλες ονομασίες Καρβίδιο του λιθίου
Αιθινικό διλίθιο
Διανθρακούχο διλίθιο
Υπερκαρβίδιο του λιθίου
Ακετυλενίδιο του διλιθίου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος Li2C2
Μοριακή μάζα 37,9034 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
Li C ≡ C Li
Αριθμός CAS 1070-75-3 
SMILES [Li+].[Li+].[C-]#[C-]
InChI 1S/C2.2Li/c1-2;;/q-2;2*+1
Αριθμός EINECS 213-980-1
ChemSpider ID 59503
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης >550 °C
Πυκνότητα 1.300 kg/m3
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το καρβίδιο του λιθίου (αγγλικά: lithium carbide)[1] είναι δυαδική χημική ένωση του λιθίου και του άνθρακα, με χημικό τύπο Li2C2. Πιο συγκεκριμένα είναι ένα ακετυλενίδιο. Είναι μια ενδιάμεση ένωση που παράγεται κατά τη διάρκεια της ραδιοχρονολόγησης με άνθρακα. Το καρβίδιο του λιθίου ανήκει σε ένα (σχετικά) εκτεταμένο σύνολο ενώσεων άνθρακα και λιθίου, που συμπεριλαμβάνουν τα ακόλουθα καρβίδια:

  1. Ανθρακούχο τετραλίθιο (Li4C).
  2. Διανθρακούχο εξαλίθιο (Li6C2).
  3. Τριανθρακούχο οκταλίθιο (Li8C3).
  4. Τριανθρακούχο εξαλίθιο (Li6C3).
  5. Τριανθρακούχο τετραλίθιο (Li4C3).
  6. Πεντανθρακούχο τετραλίθιο (Li4C5).

Υπάρχουν επίσης και οι ακόλουθες «ενώσεις παρεμβολής» σε γραφίτη:

  1. Γραφιτιούχο λίθιο (LiC6).
  2. Διγραφιτιούχο λίθιο (LiC12).
  3. Τριγραφιτιούχο λίθιο (LiC18).

Το καρβίδιο του λιθίου είναι η πιο θερμοδυναμικά σταθερή δυαδική ένωση άνθρακα - λιθίου εμπλουτισμένη σε λίθιο[2] και είναι η μόνη από αυτές που μπορεί να ληφθεί με απευθείας αντίδραση των στοιχείων που την αποτελούν. Για πρώτη φορά παράχθηκε από τον Μοϊσσέν, το 1896[3], με αντίδραση άνθρακα και ανθρακικού λιθίου:

Οι άλλες γνωστές ενώσεις δυαδικές άνθρακα - λιθίου παράγονται με αντίδραση μεταλλικού λίθίου και του αντίστοιχου πολυχλωριωμένου υδρογονάνθρακα. Π.χ., το ανθρακούχο τετραλίθιο (Li4C) παράγεται με μεταλλικού επίδραση λιθίου σε τετραχλωράνθρακα (CCl4):

Μερικές φορές, ιδιαίτερα σε αγγλόφωνα συγγράμματα, γίνεται σύγχυση μεταξύ του καρβιδίου του λιθίου (lithium carbide, Li2C2) και του ανθρακικού λιθίου (lithium carbonate, Li2CO3), εξαιτίας της σχετικής ομοιότητας των ονομάτων.

Δομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το καρβίδιο του λιθίου είναι ένα άλας που μπορεί να τυποποιηθεί με τη μορφή Li+−C≡CLi+. Σε υψηλές θερμοκρασίες, το καρβίδιο του λιθίου μετατρέπεται αντιστρεπτά σε κυβική δομή αντιφθοριδίου[4].

Το καρβίδιο του λιθίου είναι μια ένωση φάσης Ζίντι (Zintl phase) και υπάρχει ως ένα άλας 2Li+C22-. Η (υψηλή) χημική του δραστικότητα, σε συνδυασμό με τη δυσκολία ανάπτυξης κατάλληλων απλών κρυστάλλων, έχει καταστήσει δυσχερή τον καθορισμό της κρυσταλλικής δομής του. Υιοθετεί μια κρυσταλλική δομή διεστραμμένου αντιφθορίτη, παρόμοια με αυτήν του υπεροξείδιου του ρουβιδίου (Rb2O2) και του υπεροξείδιου του καισίου (Cs2O2). Κάθε κατιόν λιθίου περικυκλώνεται από έξι (6) άτομα άνθρακα τεσσάρων (4) διαφορετικών διανιόντων ακετυλενιδίου (C22-), με τα δυο να διατάσονται κάθετα και τα άλλα δυο οριζόντια.[2][5] Η παρατηρούμενη διατομική απόσταση των ατόμων άνθρακα (C-C) ανέρχεται σε 120 pm, δείχνοντας την παρουσία τριπλού δεσμού (C ≡ C). Σε υψηλές θερμοκρασίες η κρυσταλλική δομή μεταμορφώνεται αντιστρεπτά σε μια κυβική δομή αντιφθορίτη.[6]

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στο εργαστήριο, δείγματα καρβιδίου του λιθίου μπορούν να παραχθούν επιδρώντας αιθίνιο σε διάλυμα μεταλλικού λιθίου σε αμμωνία (NH3) στους -40°C, που οδηγεί αρχικά στην παραγωγή του συμπλόκου Li2C2 • C2H2 • 2NH3. Το τελευταίο, διασπάται στη θερμοκρασία δωματίου (20°C), εκλύοντας ένα ρεύμα διυδρογόνου (H2) και δίνοντας καρβίδιο του λιθίου σε μορφή λευκής σκόνης. Η αναλυτική απόδοση των σχετικών στοιχειομετρικών εξισώσεων είναι η ακόλουθη:[7]

Τα δείγματα που παράγονται με αυτόν τον τρόπο γενικά είναι φτωχικά κρυσταλλωμένα.

Μια ακόμη δυνατότητα παραγωγής καρβιδίου του λιθίου είναι η επίδραση λιθίου σε διχλωραιθίνιο[8]:

Κρυσταλλικά δείγματα καρβιδίου του λιθίου μπορούν να παραχθούν με αντίδραση ανάμεσα σε τήγμα μεταλλικού λιθίου και γραφίτη σε θερμοκρασίες άνω των 1000°C:

Μια άλλη μέθοδο παραγωγής καρβιδίου του λιθίου αποτελεί η επίδραση διοξειδίου του άνθρακα (CO2) σε τήγμα λιθίου:

Ακόμη μία μέθοδο παραγωγής καρβιδίου του λιθίου αποτελεί η θέρμανση μεταλλικού λιθίου σε ατμόσφαιρα αιθενίου ή αιθινίου:

ή

Επίσης, το υδρίδιο του λιθίου (LiH) αντιδρά με γραφίτη στους 400°C, σχηματίζοντας καρβίδιο του λιθίου:

Τέλος, καρβίδιο του λιθίου μπορεί να σχηματιστεί με επίδραση βουτυλολιθίου (BuLi) σε αιθίνιο, με τη χρήση THF ή |Et2O| ως διαλύτη:

Η αντίδραση αυτή είναι γρήγορη και πολύ εξώθερμη.

Xημική συμπεριφορά[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η κυριότερη χημική ιδιότητα του καρβιδίου του λιθίου είναι η ταχύτατη υδρόλυσή του, από την οποία συμπαράγονται αιθίνιο και υδροξείδιο του λιθίου (LiOH):

Εφαρμογή στη ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κύριο άρθρο: Ραδιοχρονολόγηση

Υπάρχουν αρκετές μεθοδοι που μπορούν να εφαρμοστούν, σύμφωνα με κάποιες από τις οποίες το δείγμα καίγεται, παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα, που αντιδρά με λίθιο. Σύμφωνα με κάποιες άλλες, το ανθρακούχο δείγμα αντιδρά απευθείας με μεταλλικό λίθιο[9]. Το αποτέλεσμα και των δυο παραπάνω μεθόδων είναι το ίδιο: η παραγωγή καρβιδίου του λιθίου, από το οποίο μπορούν να ληφθούν ενώσεις που είναι εύκολο να μετρηθούν κατά μάζα, όπως το αιθίνιο ή και το βενζόλιο[10]. Παρουσία αζώτου, μπορεί να συμπαραχθεί αζίδιο του λιθίου (Li3N), που με τη σειρά του παράγει αμμωνία (NH3), όταν υδρολυθεί, «μολύνοντας» το επίσης αέριο αιθίνιο. Αυτή η πηγή συστηματικού σφάλματος πρέπει να συνυπολογισθεί, ώστε το αποτέλεσμα να διορθωθεί κατάλληλα.

Aναφορές και σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Για τις εναλλακτικές ονομασίες δείτε το διπλανό πληροφοριακό πίνακα.
  2. 2,0 2,1 Ruschewitz, Uwe (September 2003). «Binary and ternary carbides of alkali and alkaline-earth metals». Coordination Chemistry Reviews 244 (1-2): 115–136. doi:10.1016/S0010-8545(03)00102-4. 
  3. H. Moissan Comptes Rendus hebd. Seances Acad. Sci. 122, 362 (1896)
  4. U. Ruschewitz, R. Pöttgen (1999). «Structural Phase Transition in Li2C2». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 625 (10): 1599–1603. doi:10.1002/(SICI)1521-3749(199910)625:10<1599::AID-ZAAC1599>3.0.CO;2-J. 
  5. Juza, Robert; Opp, Karl (November 1951). «Metallamide und Metallnitride, 24. Mitteilung. Die Kristallstruktur des Lithiumamides» (στα German). Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 266 (6): 313–324. doi:10.1002/zaac.19512660606. 
  6. U. Ruschewitz; R. Pöttgen (1999). «Structural Phase Transition in Li2C2». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 625 (10): 1599–1603. doi:10.1002/(SICI)1521-3749(199910)625:10<1599::AID-ZAAC1599>3.0.CO;2-J. 
  7. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 159, §6.9.10α. εφαρμογή για Li αντί Na και για τα δυο άτομα υδρογόνου του αιθινιου.
  8. Εφαρμογή της γενικής μεθόδου παραγωγής ενώσεων λιθίου - άνθρακα.
  9. Swart E.R. (1964). «The direct conversion of wood charcoal to lithium carbide in the production of acetylene for radiocarbon dating». Cellular and Molecular Life Sciences 20: 47. doi:10.1007/BF02146038. 
  10. «University of Zurich Radiocarbon Laboratory webpage». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 1 Αυγούστου 2009. Ανακτήθηκε στις 6 Φεβρουαρίου 2013. 
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Lithium carbide της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Ацетиленид лития της Ρωσικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
CH4
CxHy
    
Li2C2 Be2C B4C C2 (CN)2
CxNy
CO
CO2
CxOy
CF4     
Na2C2 Mg2C Al4C3 SiC CP CS
CS2
CCl4     
K2K2 CaC2 Sc3C4 TiC VC Cr3C2 Mn3C Fe3C Co2C Ni3C Cu2C
Cu2C2
ZnC GeC AsC CSe2 CBr4     
Rb2C2 SrC2 YC2 ZrC NbC MoC TcC RuC RhC
RhC2
PdC Ag2C2 CdC2 Sn2C
SnC
SbC TeC CI4     
Cs2C2 BaC2 La2C HfC TaCx WC Re2C OsC IrC PdC Au2C2 HgC2 BiC     
         
CeC2 PrC Nd4C3 SmC2 EuC2 Gd4C3 TbC2 DyC2 HoC ErC TmC YbC LuC
ThC2
ThC
UC PuC